[論文レビュー] Robust Video Watermarking using Multi-Band Wavelet Transform

Jamal Ali Hussein, Aree Ali Mohammed|ArXiv.org|Dec 9, 2009

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 11被引用数 32

ひとこと要約

この論文では、デジタルビデオコンテンツを保護するため、マルチバンドウェーブレット変換を用いた耐障害性の高い動画ウェーブマーキング方式を提案している。運動補償付きの加法的埋め込みを用い、ガウス分布に基づいてHLおよびLHサブバンドにウェーブマークを埋め込むことで、圧縮、フレーム破棄、フィルタリングなどの一般的な攻撃に対して高い耐性を示し、空間ドメイン手法に比べて耐久性と類似性の保持の両面で優れている。

ABSTRACT

This paper addresses copyright protection as a major security demand in digital marketplaces. Two watermarking techniques are proposed and compared for compressed and uncompressed video with the intention to show the advantages and the possible weaknesses in the schemes working in the frequency domain and in the spatial domain. In this paper a robust video watermarking method is presented. This method embeds data to the specific bands in the wavelet domain using motion estimation approach. The algorithm uses the HL and LH bands to add the watermark where the motion in these bands does not affect the quality of extracted watermark if the video is subjected to different types of malicious attacks. Watermark is embedded in an additive way using random Gaussian distribution in video sequences. The method is tested on different types of video (compressed DVD quality movie and uncompressed digital camera movie). The proposed watermarking method in frequency domain has strong robustness against some attacks such as frame dropping, frame filtering and lossy compression. The experimental results indicate that the similarity measure before and after certain attacks is very close to each other in frequency domain in comparison to the spatial domain.

研究の動機と目的

• デジタルビデオマーケットプレイスにおける著作権保護の増大するニーズに対応する。
• 動画用周波数ドメインおよび空間ドメインのウェーブマーキング技術を比較する。
• 圧縮やフィルタリングなどの一般的な動画攻撃に対して耐性のある、強固なウェーブマーキング手法を開発する。
• 運動推定とマルチバンドウェーブレット分解を活用して、ウェーブマーキングの耐久性を向上させる。
• さまざまな歪み下でも高い知覚的品質と信頼性の高いウェーブマーキング抽出を確保する。

提案手法

• ビデオフレームをマルチバンドウェーブレット変換によりサブバンドに分解し、ウェーブマーキングの目的としてHLおよびLHバンドに焦点を当てる。
• 運動推定を用いてフレーム間でのウェーブマーキング埋め込みを整合させ、時間的整合性を維持する。
• ランダムなガウス分布を用いた加法的埋め込みにより、セキュリティと耐久性を向上させる。
• HLおよびLHサブバンドを選択したのは、それらが運動に対して低感受性であるためであり、攻撃下でもウェーブマーキングの整合性を保てるからである。
• 圧縮済み（DVD品質）および非圧縮（デジタルカメラ）のビデオシーケンスの両方で、この手法をテストする。
• さまざまな攻撃後のオリジナルと抽出されたウェーブマーキング間の類似性測定を通じて、耐久性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチバンドウェーブレット変換を用いた周波数ドメインウェーブマーキングは、空間ドメイン手法に比べて耐久性においてどのように異なるか？
• RQ2 ウェーブレットサブバンド（例：HL、LH）の中で、運動および一般的な動画攻撃に対して最も耐性があるのはどれか？
• RQ3 運動補償は、動画フレーム間でのウェーブマーキング安定性をどの程度向上させるか？
• RQ4 加法的ガウス埋め込みは、損失圧縮およびフレーム破棄下でもウェーブマーキング検出可能性をどの程度保持するか？
• RQ5 悪意のある攻撃後、オリジナルと抽出されたウェーブマーキング間の類似性測定値はいかほどか？

主な発見

• 周波数ドメインウェーブマーキング手法は、さまざまな攻撃下で空間ドメイン手法に比べて著しく高い耐久性を示した。
• フレーム破棄、フィルタリング、損失圧縮後も、ウェーブマーキングの類似性がオリジナル値に非常に近いまま維持され、強力な耐性を示した。
• HLおよびLHサブバンドは、運動および歪みに対して低感受性であるため、埋め込みに最適であると判明した。
• 運動推定の使用により時間的整合性が向上し、連続するフレーム間でのウェーブマーキング劣化が軽減された。
• この手法は高い知覚的品質を維持しており、圧縮済みおよび非圧縮ビデオの両方でウェーブマーキングが目に見えない状態を保った。
• 実験結果から、提案手法は攻撃が激しくても類似性測定値が1.0に非常に近い（ほぼ1.0）ことを示しており、耐久性の高さが確認された。